Катализатор окисления Fe (II) до Fe(III) кислородом воздуха

[Nikchem]

Имеется водный раствор, содержащий 10 и более г/л железа в виде двухвалентного хлорида. Раствор кислый, pH можно поднять до 4. Замечено, что раствор медленно окисляется кислородом воздуха с выделением осадка основных солей железа (III). Но этот процесс идет очень медленно. Реагентные методы окисления известны.
В связи с этим вопрос: известны ли какие-нибудь катализаторы для ускорения процесса окисления Fe(II) кислородом воздуха.
Раствор содержит также значительные количества ZnCl₂ и NH₄Cl.

Заранее спасибо.

[amik]

При подъеме рН до 3-4 (и удержании в этом диапазоне) и барботаже воздухом железо само быстро окислится. Лимитирующая стадия здесь - растворение кислорода, а скорость окисления железа(+2) в слабокислой среде и так достаточно велика.
В сильнокислой среде даже если железо окислится, то в осадок выпадать нацело не будет.

[avor]

Может соли меди, но сомневаюся.

[amik]

Соли меди, да. Слегка катализатор.
В промышленности, еще при СССР, использовали катализаторы с драгметаллами, см. например, SU 1511893, но оно надо?
Неясно пока, надо просто окислить железо или вывести его в осадок?

[Nikchem]

Спасибо за ответы.
Железо необходимо вывести из раствора, скорей всего в виде осадка. Окисление - для того, чтобы получить осадок основных солей железа (III) в слабокислых средах, и вывести железо из раствора, при этом остальные металлы остаются в растворе.

[amik]

Основные соли по-простому не получить, нужен длительный нагрев как минимум до 70-80 град + затравка (зачастую процесс обезжелезивания проводят в автоклавах). Ориентируйтесь лучше на гидроксид, нацело осаждающийся при рН>3.
Снижение кислотности решит проблему и окисления и осаждения. Одна беда - осадок Fe(OH)3 плохо фильтруется.

[Nikchem]

Спасибо amik. Вы правы. Цель - не основные соли железа, а скорей всего гидроксид, который потом выкинуть. Можно конечно, поддерживать pH водным аммиаком и окислять перекисью водорода, но заманчиво было бы окислять воздухом.

[amik]

Воздухом нормально получится окислить при снижении кислотности, особенно если введение водного аммиака не вредит. Для ускорения можно увеличить поверхность контакта - барботаж, перемешивание.

[antabu]

Интересно, а Fe3O4 при каком рН начинает осаждаться?

[amik]

При обычных условиях >9, при высокой температуре (автоклав) от 8.

[alien308]

Сначала надо озаботится хорошей аэрацией. Погуглите струйные аэраторы.

[Droog_Andrey]

ПАВы не помогут?

[amik]

Чем? Пеной на поверхности?

[Droog_Andrey]

Площадью контакта с воздухом, заманиванием железа в пену и всё такое. Просто мысль вслух, так сказать.

[Iskander]

Катализатор - оксид марганца на носителе.

Но в Ваших условиях - проще всего просто барботаж воздуха, либо орошение через градирню.
Перекись не подходит и лить её не советую.

В солевых растворах (хлорид цинка + нашатырь) осаждение гидроксида должно идти без проблем, так как коагулянтов хватает. Если можно, то используйте флокулянт.

При обычных условиях >9, при высокой температуре (автоклав) от 8.

По моему опыту - даже значительно раньше. Более того, подбор режима окисления железа сразу даёт магнетит.
Подробнее - можно прочитать в технологии железооксидных пигментов. Вообще - технология эта весьма капризна.

[amik]

Площадью контакта с воздухом, заманиванием железа в пену и всё такое.

Обычно в технологии с пенообразованием приходится бороться (представляете пену, упорно вылезающую из люка реактора ) , если этот процесс не является функционально необходимым - вроде пенной флотации или систем пожаротушения.

Более того, подбор режима окисления железа сразу даёт магнетит.
Подробнее - можно прочитать в технологии железооксидных пигментов. Вообще - технология эта весьма капризна.

Поэтому и не стоит В технологии черных магнетитовых пигментов таки слабощелочная среда и длительное время обработки.

[talgar]

В концентрированных хлоридных растворах Fe(III) может стабилизироваться за счёт образования анионного комплекса FeCl4(-). Поэтому полного осаждения при рН4 может и не получиться.

[amik]

Да не, фактор кислотности перебьёт хлоридный комплекс.

[talgar]

Опять дрейфуем к вопросу о равновесии.

[amik]

Здесь и фактор стабильности золя гидроксида железа подключается. Коллега Iskander умеет его делать даже без использования дополнительных стабилизаторов.
Но как таковых железо-хлоридных комплексов при рН>3 уже практически не существует, это область всевозможных гидроксоформ. По цвету же видно, бурый - гидроксо, а соляночки добавили, что проходит без значительного изменения концентрации Fe - сразу просветлело.